Tunneling Spectroscopy of Atomically-Thin Al2O3 Films for Tunnel Junctions
金属-绝缘体-金属隧道结（MIMTJ）在整个微电子工业中很常见。通过氧扩散到Al润湿层中形成的工业标准AlOx隧道势垒受到内部缺陷和针孔的困扰，这些缺陷和针孔阻止实现增强的量子相干性所需的原子级薄势垒。在这项工作中，我们采用了原位扫描隧道光谱（STS）与分子动力学模拟，以了解和控制原子层沉积（ALD）的原子薄Al 2 O 3隧道势垒的生长。我们发现，仔细调整的初始H2O脉冲羟基化的Al表面，并使原子薄的Al 2 O3隧道势垒的创建具有高品质的M-I界面和显着增强的势垒高度相比，热AlOx。这些性能，证实了制造的约瑟夫森结，表明ALD Al 2 O3是一种致密的，无泄漏的隧道势垒，具有低缺陷密度，这可能是下一代MIMTJ的关键组成部分。
2017-01-27 cond-mat.mtrl-sci
High quality atomically thin PtSe2 films grown by molecular beam epitaxy
原子级薄的PtSe 2薄膜在高速电子学、自旋电子学和光电探测器等领域有着广泛的应用前景。获得高质量、大尺寸的单晶薄膜是关键。在这里，我们报告的第一个成功的逐层生长的高品质PtSe2薄膜的分子束外延。从1 ML到22 ML的原子薄膜已经生长，并通过低能电子衍射，拉曼光谱和X射线光电子能谱进行表征。此外，一个系统的厚度依赖的电子结构的研究揭示了角分辨光电子能谱（ARPES），和螺旋自旋织构揭示了自旋ARPES。我们的工作为研究PtSe 2的物理性质和潜在应用提供了生长大尺寸单晶薄膜的新机会。
2017-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Coherent Atomically-Thin Superlattices with Engineered Strain
外延形成了现代电子学和光电子学的基础。我们报告相干原子薄超晶格，其中不同的过渡金属dichalcogenide单层-尽管大晶格失配-重复和集成没有位错。通过一种新型的全向外延生长，这些超晶格显示出完全匹配的晶格常数跨越异质界面，同时保持令人惊讶的各向同性晶格结构和三角对称。这种强大的外延应变是通过纳米级的超晶胞尺寸精确设计的，从而能够广泛调谐的光学特性，并产生高达250 meV的光致发光峰位移。我们提出的理论模型来解释这种相干增长以及充满活力的相互作用，在这些应变单层的平面波纹配置空间。这种相干超晶格提供了具有原子薄单层极限的目标功能的新型构建块。
2017-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Atomically thin sheets of lead-free one-dimensional hybrid perovskites feature tunable white-light emission from self-trapped excitons
低维有机-无机钙钛矿结合了两类独特材料的优点，为下一代光电子学提供了有趣的可能性：它们为原子级薄的层状材料提供了可定制的构建块，同时提供了增强的光捕获和混合钙钛矿的发射能力。在这里，我们超越了原子薄材料需要面内共价键的范例，并报告了一维有机-无机钙钛矿[C $_7$ H $_{10}$ N] $_3$ [BiCl $_5$ ]Cl的单层。其独特的1D-2D结构使单层和自陷激子的形成显示白光发射。激子自陷的厚度依赖性导致发射能量的极强的移位。因此，这样的二维钙钛矿表明，已经1D共价相互作用足以实现原子薄的材料，并提供访问独特的激子物理。这些发现使一个更一般的构造原理，用于定制和识别二维材料，不再限于共价键合的2D片材。
2021-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale visualization of initial growth of homoepitaxial SrTiO3 thin film on an atomically ordered substrate
在氧化物生长条件下制备的（\surd 13 \times \surd 13）- R33.7° SrTiO 3（001）衬底表面上SrTiO 3的初始同质外延生长通过扫描隧道显微镜进行原子分辨。在沉积的SrTiO 3膜表面上以及在衬底上清楚地看到相同的（\surd 13 \times \surd 13）原子结构。该结果表明，最上面的富Ti（\surd 13 \times \surd 13）结构转移到膜表面和在膜/衬底界面处的原子尺度相干外延。这种原子有序的SrTiO 3衬底可以应用于原子控制的氧化物外延膜和异质结构的制造。
2011-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Catalyst-Free Growth of Atomically-thin Bi2O2Se Nanoribbons for High-performance Electronics and Optoelectronics
一维材料由于其独特的量子限域效应和边缘相关性质而引起了人们极大的研究兴趣。原子薄的1D纳米管特别有趣，因为它是一个有价值的平台，具有厚度和宽度的物理限制。在这里，我们开发了一种无催化剂的生长方法，实现了Bi 2 O2 Se纳米结构的生长与可调的维度。值得注意的是，Bi 2 O2 Se纳米带的厚度下降到0.65 nm，对应于单层，首次成功地生长。电学和光电性能测试结果表明，Bi 2 O2 Se纳米带在迁移率、开/关比和光响应性等方面具有良好的性能，表明其在器件方面具有广阔的应用前景。本工作不仅为原子级薄纳米带的生长提供了一种新的方法，而且为研究这种纳米带材料在厚度限制下的性能和应用提供了一个平台。
2021-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Atomically-Smooth Single-Crystalline VO$_2$ thin films with Bulk-like Metal-Insulator Transitions
过渡金属氧化物（TMO）异质结构中的原子突变界面可以容纳各种奇异的凝聚态相，这些相可能在平衡状态下的体材料中找不到。发展这种原子级尖锐界面的关键步骤是沉积原子级光滑的TMO薄膜。存在用于钙钛矿氧化物的生长的优化的沉积条件。然而，具有原子层精度的金红石氧化物（例如VO $_2$）的沉积一直具有挑战性。本工作采用脉冲激光沉积（PLD）技术在金红石型TiO $_2$（101）衬底上生长原子级光滑的VO $_2$薄膜。我们表明，最佳的衬底制备程序，其次是VO $_2$膜的沉积温度有利于步进流生长模式是必不可少的，实现原子级光滑VO $_2$膜。在最佳衬底温度下沉积的薄膜显示出底层TiO $_2$衬底的台阶和平台结构。在较低的沉积温度下，存在向包括岛状生长和逐层生长模式的混合生长模式的转变。在最佳衬底温度下沉积的VO $_2$膜在$\sim$ 325 K的转变温度下经历金属到绝缘体的转变，其中$\sim$的电阻增加$\sim$ 10倍，类似于体VO $_2$中的MIT。
2019-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic instabilities in atomically-thin lithium and sodium wires
利用密度泛函理论研究了低平均密度单原子锂和钠链的基态结构、电子和磁性。金属，锯齿形基态结构的预测，但最有趣的是，稳定的平衡链在张力下被预测为{ \it铁磁}，这可以追溯到交换效应所产生的第二子带的占领作为原子间距离的函数。
2002-10-09 cond-mat.mtrl-sci
3D Printing of 2D Atomically Thin Materials
新兴的新技术范式，物联网，需要一个设备小型化的过程，将几个功能组件，如传感器，执行器和供电元件，组合在一个单独的片上平台。一个基本的要求是设备具有小的占地面积，因此要在三维上扩展，以提供足够的性能。实现复杂结构和几乎任何尺寸的装置的合适技术是三维打印。到目前为止，它的使用只在宏观尺度上得到应用。在这里，我们报告了第一个3D打印架构，通过二维原子薄过渡金属二硫属化物的自动浇铸，展示了它们作为可固化超级电容器的用途。这些结构是通过直接印刷化学剥离的2D纳米片的液体油墨来制造的。3D打印架构呈现mm 2尺度和微米尺寸特征的足迹，并且它们表现出机械鲁棒性和化学稳定性。它们表现出1450 mF/cm 2的面电容，与同类器件相媲美并超越同类器件。包括二维原子级薄片的微型超级电容器可以实现小型化和可扩大规模的生产技术以供大规模采用。
2018-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Highly-Oriented Atomically Thin Ambipolar MoSe$_2$ Grown by Molecular Beam Epitaxy
过渡金属二硫属化合物（TMDC），连同其他二维（2D）材料，由于原子级薄层的独特的光学和电学性质，吸引了极大的兴趣。为了充分发挥其潜力，开发大面积生长和了解TMDC的特性变得至关重要。在这里，我们使用分子束外延（MBE）在GaAs（111）B上生长原子级薄的MoSe $_2$。在生长膜的界面处没有检测到中间化合物。仔细优化的生长温度可以导致高度对准的薄膜的生长，由于破坏反转对称性，只有两个可能的晶体取向。生长的薄膜可以转移到绝缘基板上，使其光学和电学性能进行探测。通过使用聚合物电解质门控，我们实现了分子束外延生长的MoSe $_2$的双极性输运。温度依赖的输运特性可以用二维可变程跳跃（2D-VRH）模型来解释，表明输运受到薄膜中无序的强烈限制。
2017-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Raman Signature and Phonon Dispersion of Atomically Thin Boron Nitride
拉曼光谱已经成为表征和研究石墨烯和许多其他二维材料的必要技术。然而，对于原子级薄氮化硼（BN）的拉曼特征和声子色散仍然缺乏共识，BN具有许多不同于石墨烯的独特性质。这样的知识差距极大地影响了对原子级薄BN的基本物理和化学性质的理解，以及使用拉曼光谱来研究这些纳米材料。在这里，我们使用实验和模拟来揭示单层和少层BN的固有拉曼特征。实验发现，在不与衬底发生相互作用的情况下，原子级薄BN的G带频率与体相六方BN的G带频率相似，但衬底引起的应变会引起明显的拉曼位移。这与我们的第一性原理密度泛函理论（DFT）计算在两个理论水平上非常一致，包括范德华色散力（opt-vdW）和Hartree-Fock（HF）理论通过混合HSE 06泛函的精确交换分数。这两个计算表明，BN的本征E2 g模式不依赖于显着的层数。我们的模拟还表明，在计算BN中的振动模式的准确的交换混合参数的重要性，因为它决定了在DFT计算中包括的HF交换的分数。
2020-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic modelling of exciton-polariton diffusion coefficients in atomically thin semiconductors
在例如通过将半导体集成到光学微腔中来实现的强光-物质耦合机制中，形成了作为新的混合光-物质准粒子的极化激元。色散关系的相应变化对半导体的光学、动力学和输运行为有很大的影响。在这项工作中，我们研究了hBN封装的MoSe $_2$单分子膜中的强耦合机制，重点是激子极化激元扩散。应用微观方法的激子密度矩阵形式主义结合Hopfield方法的基础上，我们预测的扩散系数急剧增加两到三个数量级的强耦合制度。我们解释了这种行为由更大的极化激元群速度和抑制极化激元-声子散射通道的情况下裸激子。我们的研究有助于更好地理解原子级薄半导体中的极化激元扩散。
2022-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric Screening in Atomically Thin Boron Nitride Nanosheets
二维（2D）六方氮化硼（BN）纳米片是石墨烯、二硫化钼和许多其他基于2D纳米材料的电子和光子器件的优异介电衬底。为了优化这些2D器件的性能，必须了解BN纳米片的介电屏蔽特性作为厚度的函数。在这里，电力显微镜以及理论计算的基础上的两个国家的最先进的第一性原理计算与范德华相互作用的考虑和非线性的费米子-费米理论模型被用来调查不同厚度的高品质BN纳米片的介电屏蔽。结果发现，原子级薄的BN纳米片在电场屏蔽中的效果较差，但BN的屏蔽能力对层厚度的依赖性相对较弱。
2015-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Interlayer exciton-polaron in atomically thin semiconductors
以过渡金属二硫族化合物为例，预测了双层二维半导体中一种新型的激子-声子束缚态--层间极化子。在这些系统中，层间激子与范德瓦尔斯力和抗弯刚度引起的平面外晶格振动的软模式的相互作用产生了束缚准粒子。计算和分析了弱激子-声子耦合和强激子-声子耦合下形成的极化子的能量和有效质量。在运输和光谱相关的实验中，这些影响的可能表现进行了讨论。
2020-10-04 cond-mat.mtrl-sci
High-Mobility and High-Optical Quality Atomically Thin WS2
原子级薄材料的兴起有可能通过在半导体工业中引入多功能材料来实现现代技术的范式转变。迄今为止，高质量原子级薄半导体（例如WS 2）的生长是释放这些材料的潜力的最紧迫的挑战之一，并且具有高晶体质量的单层或双层的生长尚未完全实现。在这里，我们表明，在控制合成的单层和双层WS 2的分子前体的新用途导致优越的材料质量相比，广泛使用的拓扑结构的转化WO 3为基础的前体。记录高室温载流子迁移率高达52厘米2/Vs和超尖锐的光致发光线宽仅为36 meV的亚毫米区域表明，这种材料的质量也取代了自然发生的材料。通过利用吸附到衬底上的W和S物种的表面扩散动力学，还实现了确定性的层厚度控制，从而促进了可扩展的合成路线的设计。
2017-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Layer-by-layer growth and growth-mode transition of SrRuO3 thin films on atomically flat single-terminated SrTiO3 (111) surfaces
利用反射高能电子衍射和原子力显微镜研究了在原子级平坦的Ti4+单端SrTiO 3（111）衬底上生长SrRuO 3薄膜的生长模式转变。当生长速率为0.074个晶胞/秒，生长温度为700 ℃时，在前9个晶胞上，主要的生长方式由岛状转变为逐层生长。此外，在生长SrRuO 3膜的过程中，可以通过改变生长温度和生长速率来操纵感兴趣的支配生长模式，该改变允许选择期望的逐层模式。因此，本研究铺平了道路SrRuO 3薄层集成到（111）取向的氧化物异质结构，因此多功能器件，需要控制的尖锐的原子级界面和逐层生长模式。
2008-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Unambiguous identification of the indirect band nature of atomically thin hexagonal boron nitride
本研究利用深紫外光谱技术揭示了1-3层原子级薄六方氮化硼（h-BN）的间接带隙本质，纠正了单层BN为直接带隙的旧有认知，并发现4层起带边发光随层数增强，源于层间作用增强声子辅助间接跃迁及平带形成。
2024-10-16 cond-mat.mtrl-sci
A comment on "The Computational 2D Materials Database: high-throughput modeling and discovery of atomically thin crystals"
最近，Sten Haastrup，Mikkel Strange，Mohnish Pandey，Thorsten Deilmann，Per S Schmidt，Nicki F Hinsche，Morten N Gjerding，Daniele Torelli，Peter M Larsen，Anders C Riis-Jensen，Jakob Gath，Karsten W Jacobsen，Jens Jrgen Mortensen，Thomas Olsen和Kristian S Thygesen [2D Mater. 5（2018）042002]介绍了计算二维材料数据库（C2 DB），该数据库组织了分布在30多种不同晶体结构中的约1500种二维材料的各种结构，热力学，弹性，电子，磁性和光学性质。不幸的是，这项工作在弹性和机械稳定性测试领域存在严重和根本性的缺陷，这使得它不可靠。
2019-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Confinement Heteroepitaxy: Realizing Atomically Thin, Half-van der Waals Materials
三维外延异质结构是基于共价键合的界面，而那些从二维（2D）材料表现出范德华相互作用。然而，在适当的条件下，可以实现具有混合界面范德华力和共价键的材料结构。在外延石墨烯（EG）/碳化硅（SiC）界面处形成的原子薄层表明EG/SiC界面提供了这种独特的环境，并能够合成传统技术无法获得的丰富的2D材料。在这里，我们展示了一种方法，称为限制异质外延（CHet），实现空气稳定的，结构独特的，晶体2D-Ga，In和Sn在EG/SiC界面。第一插入层共价键合到SiC，并且伴随着以范德华相互作用结束的垂直键合梯度。这种结构打破了平面中心对称性，从而引入了3D材料的原子薄的、非中心对称的2D同素异形体，作为可调超导性、拓扑状态和等离子体性质的基础。
2019-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Atomically thin obstructed atomic insulators with robust edge modes and quantized spin Hall effect
本文揭示了磷烯及第Va族褶皱晶格单层中由受阻原子绝缘体态产生的稳健边缘模，并发现其在应变或掺杂下可转变为具有量子化自旋霍尔电导率的双量子自旋霍尔态，为拓扑自旋电子器件应用提供新途径。
2024-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Atomically thin gallium layers from solid-melt exfoliation
在大量有前途的二维（2D）原子层晶体中，真正的金属层是罕见的。通过理论和实验相结合的方法，我们报告的稳定性和成功剥离的原子薄的镓片，有两个不同的原子排列沿晶体学双晶方向的母α-镓。利用镓的固相和熔融相之间的弱界面，开发了固-熔界面剥离技术来提取这些层。声子色散计算表明，镓烯可以稳定体镓晶格参数。镓烯的电子能带结构显示出部分填充的狄拉克锥和费米能级附近的非线性色散带的组合，这表明镓烯应该表现为金属层。此外，它是观察到的强相互作用的镓烯与其他2D半导体诱导半导体金属相变，在后者铺平了道路，使用镓烯作为有趣的金属接触在2D设备。
2017-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial growth of atomically thin Ga2Se2 films on c-plane sapphire substrates
本研究通过分子束外延在c面蓝宝石上优化生长条件，实现了原子级薄Ga2Se2单晶薄膜的制备，表面粗糙度低至0.61 nm，并揭示了Se:Ga通量比对形貌的影响，推进了vdW外延机制的理解。
2023-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Variant Plateau Law in Atomically Thin Transition Metal Dichalcogenide Dome Networks
自从它从肥皂泡的基础开始，高原定律引发了广泛的研究平衡状态。然而，大多数研究主要依赖于液体，泡沫或蜂窝结构，而其适用性还有待于探索在纳米级固体薄膜。在这里，我们观察到一个变体高原法律在网络的原子薄圆顶制成的固体二维（2D）过渡金属dichalcogenides（TMD）。从实验和理论上得到了不同TMD层中凸起圆顶的离散层间范德华相互作用能。显着的表面张力的差异，从层依赖vdw相互作用能体现在这个基本定律的一个变体。同时，TMD薄膜优异的力学性能、气体不渗透性和层间vdWs相互作用能使圆顶和网络能够承受高气压，并以一种根本不同的性质存在数年。我们的研究结果铺平了道路，探索不同的离散状态与应用在光机电设备。
2023-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Phonon screening of excitons in atomically thin semiconductors
本研究通过第一性原理GW-BSE计算揭示了声子屏蔽对原子级薄半导体光学激发的显著影响，并发现通过结构工程可调控屏蔽程度，为结构、声子与激子相互作用提供了新见解。
2024-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of Charge Traps in the Performance of Atomically-Thin Transistors
在通过栅电极的脉冲周期期间测量原子级薄MoTe $_2$场效应晶体管中的瞬态电流。瞬态分析光的电荷捕获动态，使一个依赖于时间的变化阈值电压的通道滞后行为的主导效应超过从电荷陷阱的发射电流的模型。所提出的模型预计将有助于理解原子薄FET的性能的基本物理，并适用于整个类的原子薄为基础的设备。因此，该模型是至关重要的快速和高效的光电子器件的智能设计。
2017-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bridging the gap between atomically thin semiconductors and metal leads
由于不期望的界面势垒，将原子级薄的过渡金属二硫属化物半导体（TMDSC）与金属引线电连接是具有挑战性的，这极大地限制了TMDSC器件的电性能，以探索其非常规的物理性质和实现潜在的电子应用。在这里，我们展示了一种策略，以实现几乎无障碍的电接触与几层TMDSC工程界面结合变形。这种电结的载流子注入效率显著增加，从室温到低温具有稳健的欧姆行为。TMDSC场效应晶体管的性能增强很好地反映在超低的接触电阻（在MoS 2中低至90 Ohm um，接近量子极限），低场效应迁移率（在WSe 2中高达358，000 cm 2 V-1 s-1）和低温下突出的传输特性。该方法也为TMDSC器件设计提供了结构和电学性质局部调控的新可能。
2021-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Raman and Photoluminescence Study of Dielectric and Thermal Effects on Atomically Thin MoS2
原子级薄的二维二硫化钼（MoS2）片由于其在未来电子应用中的潜力而引起了人们的广泛关注。它们不仅在器件中提供最佳的平面静电控制，而且易于用于介电工程。在这项工作中，我们实验研究了单层二硫化钼的拉曼和光致发光（PL）光谱的介电效应，通过比较样品与顶部原子层沉积（ALD）没有HfO2。基于热、掺杂、应变和介电屏蔽影响的考虑，发现拉曼光谱中的红移主要源于ALD HfO2对MoS2的调制掺杂，而PL光谱中的红移最有可能是由于HfO2对MoS2施加的应变。我们的工作还表明，由于单层二硫化钼的能带结构对应变的复杂依赖性，必须谨慎地解释其拉曼光谱和PL光谱。
2013-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Atomically thin mononitrides SiN and GeN: new two-dimensional semiconducting materials
低维硅基半导体材料是一种既能与硅基电子器件相匹配又能满足现代工业对小型化要求的独特材料。由于缺乏这类材料，许多研究者将精力投入到这一领域。在这项工作中，采用群结构搜索方法和密度泛函理论，我们在理论上预测二维原子薄的单氮化物SiN和GeN，这两个目前的半导体性质。进一步的研究表明SiN和GeN表现为间接带隙半导体，带隙分别为1.75和1.20 eV。从头算分子动力学计算表明，这两种单氮化物在2000 K的高温下都能稳定存在。值得注意的是，SiN和GeN的电子迁移率分别被评估为0.888 x $10^3$ $cm^2V^{-1}s^{-1}$和0.413 x $10^3$ $cm^2V^{-1}s^{-1}$。本工作扩展了低维Si基半导体的家族。
2017-03-31 cond-mat.mtrl-sci
High conduction hopping behavior induced in transition metal dichalcogenides by percolating defect networks: toward atomically thin circuits
原子薄电路最近已被探索用于下一代电子学和光电子学中的应用，并已被证明具有二维横向异质结。为了从单一材料形成真正的2D电路，电子特性必须是空间可调的。在这里，我们报告了可调的输运行为，引入到单层二硒化钨和二硫化钨的聚焦He $^+$照射。伪金属行为诱导的材料与剂量约1 × 10 $^{16} He^+/cm^2$的照射引入缺陷状态，和随后的温度相关的传输测量表明最近邻跳跃机制是有效的。扫描透射电子显微镜和电子能量损失谱表明，在1 × 10 $^{16} He^+/cm^2$的临界剂量下，Se被优先溅射，并在WSe $_2$中形成边缘态扩展的扩散网络.第一性原理计算证实了由He $^+$辐照引入孔缺陷和边缘缺陷后WSe $_2$的载流子到金属的转变。跳跃传导被用于在WSe $_2$和WS $_2$中的直接写入电阻器加载逻辑电路，其中电压增益大于5。边缘接触的薄膜晶体管也被制造成具有高的开/关比（> 10 $^6$），证明了形成原子级薄电路的潜力。
2017-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Novel Layered Iridate Ba7Ir3O13+δ Thin Films with Colossal Permittivity
发现了以薄膜形式存在的Ba_7Ir_3 O_（13 +δ）。这些薄膜的特点是在室温下的巨大介电常数（CP）~104，归因于巨大的内部势垒层电容效应在原子级薄的域边界。这些发现为通过设计原子级薄的畴界来寻找新型CP材料提供了一条新的途径。
2015-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Properties of Atomically Thin Boron Nitride and the Role of Interlayer Interactions
原子级薄的氮化硼（BN）纳米片是一种重要的二维纳米材料，具有许多不同于石墨烯的独特性质，但对其力学性能的研究还很缺乏。在这里，我们报告说，高质量的单晶单层和少层BN纳米片是最强的电绝缘材料之一。更有趣的是，在压痕下，少层BN显示出与少层石墨烯完全不同的力学行为。与石墨烯形成鲜明对比的是，当层数从1增加到8时，石墨烯的强度降低超过30%，BN纳米片的机械强度对厚度的增加不敏感。我们将这种差异归因于不同的层间相互作用，因此在这两种材料压痕下的滑动趋势。BN纳米片的显著更好的机械完整性使它们成为比石墨烯更有吸引力的候选物，用于几种应用，例如作为机械增强。
2020-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Role of seed layer in growing atomically flat TiTe2/Sb2Te3 heterostructure thin films at the wafer scale
本研究揭示了Sb2Te3种子层在晶圆尺度生长原子级平坦TiTe2/Sb2Te3异质结构薄膜中的关键作用，确定其临界厚度约2 nm，并阐明了层间应变与化学相互作用机制。
2025-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Field emission from atomically thin edges of reduced graphene oxide
由于尖端的局部场增强，点源表现出低阈值电子发射。尖端发射器的开发和实施受到阻碍，因为需要将它们充分分开以实现场增强，从而限制发射位点的数量，从而限制总电流。在这里，我们报告了从还原氧化石墨烯（rGO）的原子级薄边缘的多个电子束的低阈值场（< 0.1V/um）发射。场发射显微镜（FEM）的测量结果表明，从发射点，分离了几个纳米的干扰的证据，这表明发射的电子束可能是相干的。基于我们的高分辨率透射电子显微镜，红外光谱和模拟结果，从rGO边缘的场发射归因于一个稳定的和独特的聚集的氧基团的形式的环状边缘醚。来自rGO的这种紧密间隔的电子束为新的应用和理解线性电子源的物理提供了前景。
2011-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Fast and reliable identification of atomically thin layers of TaSe2 crystals
通过层状块状材料的机械剥离在表面上沉积干净且无缺陷的原子级薄的二维晶体薄片已被证明是一种强大的技术，但它需要一种快速、可靠且非破坏性的方式来识别一群厚薄片中的原子级薄薄片。在这项工作中，我们提供了一般的指导方针，以确定TaSe2的微晶片通过光学显微镜和拉曼光谱。此外，我们确定了最佳的基板，以促进原子级薄的TaSe 2晶体的光学识别。实验实现和隔离的TaSe2的双折射层，使未来的研究中的有趣的现象，如超导性和电荷密度波的维度的作用。
2014-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy dispersive X-ray spectroscopy of atomically thin semiconductors
我们报告的实施能量色散X射线光谱的层状半导体的形式原子薄的过渡金属二硫属化物。该技术是基于扫描电子显微镜配备了硅漂移检测器的能量色散X射线分析。通过优化数值模拟和实验中的操作参数，我们实现了几层晶体的层分辨灵敏度下降到单层极限，并展示了过渡金属二硫属化物的垂直和横向异质双层中的元素组成分布。该技术可以直接应用于其他层状二维材料和范德华异质结构，从而扩展了实验工具箱，用于定量表征原子薄材料和器件的层数，原子组成或合金梯度。
2022-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast and spatially resolved studies of charge carriers in atomically-thin molybdenum disulfide
原子薄的二硫化钼是一种新型纳米材料，在电子学和光子学领域具有潜在的应用。载流子动力学在决定其电子和光学性质方面起着至关重要的作用。我们报告的空间和时间分辨泵探测研究的载流子在原子级薄二硫化钼样品制造的机械剥离。载流子注入带间吸收的390 nm的泵浦脉冲和检测通过测量差分反射的时间延迟和空间扫描的探测脉冲，被调谐到激子跃迁。推导了影响载流子动力学的几个参数，包括载流子寿命、扩散系数、扩散长度和迁移率。
2012-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films
我们报告了一种天然存在的二维材料（石墨烯，可以被视为一个巨大的平面富勒烯分子，描述其电子特性，并展示了全金属场效应晶体管，它独特地表现出弹道输运在亚微米的距离，即使在室温下。
2004-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
$C_n$-symmetric higher-order topological crystalline insulators in atomically thin transition-metal dichalcogenides
基于第一性原理计算和对称性分析，我们预测了原子级薄（$1-N$层）的2 H VIB族TMDs $MX_2$（$M$ = Mo，W; $X$ = S，Se，Te）是受$C_3$旋转对称性保护的大禁带高阶拓扑晶体绝缘体.我们明确地证明了非平凡的拓扑指数和存在的标志性的角落状态与量子化分数电荷这些熟悉的TMD与大的散装光学带隙（$1.64-1.95$ eV的单层），这将有利于实验检测STM。我们发现在原子薄的（$1-N$层）2 H族-VIB TMD的扶手椅边缘的三角形有限尺寸薄片中存在定义明确的角态，并且相应的量子化分数电荷是层数$N$除以3模整数，它将简单地加倍包括自旋自由度。
2021-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomically flat interface between a single-terminated LaAlO3 substrate and SrTiO3 thin film is insulating
用原子力显微镜研究了（100）取向的LaAlO 3（LAO）单晶的表面终止，并通过退火优化得到单终止原子级平坦表面。然后在单端LAO衬底上实现原子级平坦的STO膜，预期其类似于二维电子气（2DEG）的n型界面，即，（LaO）-（TiO 2）。特别地，其可以作为典型的2DEG异质结构的镜像结构，以进一步阐明2DEG的起源。这种新开发的界面被确定为高度绝缘。此外，这项研究表明了一种方法，以实现原子级平坦的薄膜生长的LAO基板的基础上。
2012-05-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Growth of atomically smooth thin films of the electronically phase separated manganite (La$_{0.5}$Pr$_{0.5}$)$_{0.67}$Ca$_{0.33}$MnO$_{3}$
通过在沉积过程中对氧压进行微调，在接收态和处理过的NdGaO $_{3}$衬底上生长了电子相分离化合物（La $_{0.5}$ Pr $_{0.5}$）$_{0.67}$ Ca $_{0.33}$ MnO $_{3}$的原子平坦、外延和化学计量薄膜。与在非最佳氧压下生长的薄膜（\em，即）相比，具有阶梯流动生长模式的最佳薄膜显示出优越的物理性质。最高的最大电阻温度系数、最高的峰值电阻温度和减小的矫顽场。运输，磁化强度和X射线衍射测量表明，在生长过程中的氧压力起着至关重要的作用，氧空位，阳离子空位，和晶界的形成。
2011-09-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ion exchange in atomically thin clays and micas
粘土和云母作为以原子级薄的形式可以允许新型质子传导、离子选择性、渗透发电或溶剂过滤膜的材料而受到关注。这种兴趣来自于通过交换晶格中的离子来控制它们的性质的可能性。然而，离子交换过程本身在原子级薄的材料中仍然很大程度上未被探索。在这里，我们使用原子分辨率扫描透射电子显微镜研究的过程中的动力学，并揭示原子薄和人工重新堆叠的粘土和云母中的单个离子的结合位点。在不同曝光时间和不同晶体厚度下对离子交换进行成像，我们发现原子级薄样品的层间空间的离子扩散常数D比大块晶体中的大10^4倍，并接近其在自由水中的值。令人惊讶的是，如果云母层被扭曲和重新堆叠，预计没有大量交换的样品显示快速交换;但在这种情况下，交换的离子排列在由莫尔超晶格尺寸控制的岛屿中。我们将快速离子扩散归因于原子级薄材料和重新堆叠材料中较弱的层间结合力导致的层间可扩展性增强。最后，我们展示了这些材料的单个表面阳离子的图像，这在以前的研究中仍然难以捉摸。这项工作提供了原子尺度的见解离子扩散在高度受限的空间，并提出了策略，设计新型的剥离粘土膜。
2021-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Manipulation of room-temperature Valley-Coherent Exciton-Polaritons in atomically thin crystals by real and artificial magnetic fields
在过渡金属二硫属化合物单分子膜中，强的自旋轨道耦合和反转对称性破缺产生了谷依赖的光学选择定则的有趣效应。因此，可以用手性光基本上消除谷激子，并且进一步产生K和K偏振态的相干叠加。然而，在环境条件下，失相通常变得太占主导地位，并且谷相干性通常是不可观察的。在这里，我们表明，谷相干性是，然而，清楚地观察到WSe 2的单个单层，如果它是强耦合到高品质因数微腔的光学模式。方位矢量表示谷相干叠加的相位，可以通过施加磁场来直接操纵，并且它对代表人工磁场的腔的偏振各向异性敏感地作出反应。我们的结果与我们基于赝自旋速率方程的模型在定性和定量上是一致的，该模型同时考虑了实磁场和赝磁场的影响。
2020-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An Atomically Tailored Chiral Magnet with Small Skyrmions at Room Temperature
研究通过原子层MBE技术开发含过量Fe的外延FeGe薄膜，在室温下实现了尺寸小至15 nm的稳定磁性斯格明子，为低功耗高密度存储开辟了新途径。
2023-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tutorial: Exciton resonances for atomically-thin optics
超颖表面通过利用金属或电介质纳米颗粒中的光学共振来实现平坦光学元件，以获得对散射光的振幅和相位的精确控制。虽然效率很高，但这些谐振是静态的，难以主动调谐。原子级薄二维半导体中的激子共振提供了一种新颖且独特的强共振光-物质相互作用，这为光学超颖表面提供了新的机会。它们的共振性质是材料的能带结构所固有的，并且不依赖于纳米级图案，并且使用外部刺激是高度可调谐的。在本教程中，我们提出的作用，激子共振可以发挥原子薄光学。我们描述了超颖表面物理的要点，提供了激子物理的背景，以及激子材料的全面概述。激子通过与金属和电介质超颖表面耦合，在混合超颖表面中表现出新的自由度和增强的光-物质相互作用。利用激子对介质电子密度的高灵敏度，还讨论了电可调谐纳米光子器件和原子薄光学元件的首次演示。超颖表面激子的未来前景看好，而主要挑战在于大面积生长和高质量材料的精确集成。
2022-06-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Low-Frequency Raman Modes and Electronic Excitations In Atomically Thin MoS2 Crystals
原子薄的MoS $_{2}$晶体是一种具有优异物理性能的准二维半导体材料。这封信报告了我们的拉曼散射测量多层和单层MoS $_{2}$，特别是在低频范围（$<$ 50 cm $^{-1}$）。我们发现两个低频拉曼模式与对比的厚度依赖性。随着MoS $_{2}$层数的增加，一个显示出频率的显著增加，而另一个则遵循1/N（N表示层数）的趋势而降低。借助第一性原理计算，我们将前者指定为剪切振动模式$E_{2g}^{2}$，后者指定为压缩振动模式。这两种模式随厚度的相反演化表明了原子级薄晶体中的新振动模式以及表征原子级薄MoS $_{2}$膜厚度的新的和更精确的方法。此外，我们观察到一个广泛的功能约38厘米$^{-1}$（~5毫电子伏），这是可见的，只有在近共振激发和钉扎在固定的能量独立的厚度。我们将其解释为电子拉曼散射与自旋-轨道耦合诱导的导带分裂在K点的布里渊区。
2013-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Current Density and Low Thermal Conductivity of Atomically Thin Semimetallic WTe2
石墨烯之外的二维（2D）半金属在原子薄极限中相对未被探索。在这里，我们介绍了一种简便的生长机制，半金属WTe2晶体，然后制造几层测试结构，同时小心避免暴露在空气中的退化。80 nm至2 um长的器件的低场电气测量使我们能够分离固有电阻和接触电阻，揭示迄今为止研究的最薄封装和稳定的WTe2器件（3至20层厚）中的金属响应。高场电测量和电热建模表明，超薄WTe2可以承载非常高的电流密度（接近50 MA/cm 2，高于大多数常见的互连金属），尽管热导率非常低（约3 W/m/K）。这些结果表明，这种层状半金属的空气稳定的技术可行性的几种途径。
2016-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomically thin mica flakes and their application as ultrathin insulating substrates for graphene
我们表明，它是可能的沉积，通过机械剥离SiO2/Si晶片，原子级薄的云母片下降到一个单一的单层厚度。这些云母片在SiO2/Si衬底上的光学对比度取决于它们的厚度、照明波长和SiO2衬底厚度，可以通过基于菲涅耳定律的模型来定量地解释。原子级薄的绝缘晶体片的制备将使得能够制造无缺陷的绝缘衬底、电介质势垒或平面电子隧穿结。此外，我们表明，几层石墨烯片可以沉积在上面的先前转移的云母片。我们的转移方法依赖于粘弹性邮票，因为那些用于软光刻。拉曼光谱研究表明，这种全干沉积技术产生更清洁和更高质量的薄片比传统的湿转移程序的基础上光刻抗蚀剂。
2011-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanopores in atomically thin 2D nanosheets limit aqueous ssDNA transport
2D材料中的纳米孔对于DNA测序是非常理想的，然而实现单链DNA（ssDNA）通过它们的运输是具有挑战性的。使用密度泛函理论计算和分子动力学模拟，我们表明，ssDNA通过单层六方氮化硼（hBN）中的孔运输是由一个基本的纳米力学冲突。它由ssDNA的显著不均匀的抗弯刚度引起，并引起高摩擦$\textit{via}$瞬时DNA解吸成本，溶剂化效应加剧了这种成本。对于双层hBN中类似尺寸的孔，其自钝化的原子光滑边缘使得连续的ssDNA运输成为可能。我们的研究结果揭示了生物聚合物通过2D材料中的孔隙运输的基本物理学。
2021-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Directly visualizing the momentum forbidden dark excitons and their dynamics in atomically thin semiconductors
几十年来，解决光激发半导体中由库仑吸引力束缚的激子-电子-空穴对的动量自由度一直是一个很难实现的目标。在原子级薄的半导体中，这种能力可以探测动量禁止的暗激子，这对拟议的光电技术产生了重大影响，但无法通过光学技术直接获得。在这里，我们探测的动量态的激子在WSe 2单层的光电发射其组成的电子，并解决他们的时间，动量和能量。我们获得了一个直接的视觉动量禁止暗激子，并研究它们的属性，包括他们的近简并与明亮的激子和他们的形成途径中的能量动量景观。这些暗激子主导了激发态分布--这一令人惊讶的发现突出了它们在原子级薄半导体中的重要性。
2020-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomically Thin Metallenes at the Edge
本文利用密度泛函理论系统研究了Mg、Cu、Y、Au和Pb金属烯在六角与屈曲蜂窝晶格下的边缘弛豫、能量、应力及电子结构，揭示了边缘性质对元素和晶格类型的依赖规律，为金属烯合成与应用提供理论指导。
2025-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Broadband Photovoltaic Detectors based on an Atomically Thin Heterostructure
具有原子级尖锐界面的二维材料的范德华结为设计和研究功能异质结构提供了前所未有的机会。半导体过渡金属二硫属化合物由于其独特的电子性质和强的光-物质相互作用而显示出巨大的应用潜力。然而，许多重要的光电应用，如宽带光电探测，严重阻碍了其有限的光谱范围和减少的光吸收。在这里，我们提出了一种p-g-n异质结，通过在原子级薄的pn结中嵌入具有无带隙能带结构和宽吸收光谱的石墨烯来克服这些主要限制。我们已经成功地证明了MoS 2-石墨烯-WSe 2异质结构在室温下在可见光到短波长红外范围内的宽带光电探测，其具有竞争力的器件性能，包括在近红外区域高达1011琼斯的比探测率。我们的研究结果铺平了道路，实现原子级薄异质结构的宽带和敏感的光电应用。
2016-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multifold enhancement in magnetization of atomically thin Cobalt Telluride
半导体二维（2D）材料中的磁性由于其在存储器件、传感器、自旋电子学和生物医学应用中的潜在应用而越来越受欢迎。在这里，2D碲化钴（CoTe）已合成从其散装晶体使用一个简单的和可扩展的液相剥离方法。原子薄的CoTe显示出超过四百倍的增强，其磁饱和值相比，散装形式。UV-Vis吸收光谱显示在高能量区域中的优异吸收，表明半导体性质。通过密度泛函理论计算，解释了高磁行为的起源和带隙。二维CoTe由于表面原子配位数的减少、形状各向异性和表面电荷效应而显示出比体CoTe更大的磁性。
2021-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ferromagnetism and conductivity in atomically thin SrRuO3
自旋电子学非常需要原子薄的铁磁和导电电子系统，因为它们可以用磁场和电场两者来控制。我们提出了（SrRuO 3）1-（SrTiO 3）5超晶格和单晶胞厚SrRuO 3样品与SrTiO 3覆盖。我们实现卓越品质的样品。在这些样品中，电子系统只包括一个单一的RuO 2平面。我们观察到电导率低至50 mK，居里温度为25 K的铁磁状态，磁性信号持续至约100 K。
2019-02-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Bosonic condensation of exciton-polaritons in an atomically thin crystal
二维晶体的出现彻底改变了现代固体物理学。从基本的观点来看，载流子相关性的增强已经在传输和量子光学社区中引发了巨大的研究活动。在这方面，最有趣的效应之一是玻色凝聚和多粒子复合物的自发相干性。在这里，我们发现了令人信服的证据玻色子凝聚激子极化激元出现在一个原子级薄的晶体MoSe 2嵌入在一个电介质微腔下的光泵浦。凝聚体的形成表现在发光强度以阈值状方式突然增加，以及在外加磁场中显著的自旋极化率。空间相干性是通过高分辨率的实空间干涉测量绘制出来的，揭示了空间扩展的凝聚体。我们的设备代表了实现基于原子薄晶体的相干光源以及非线性谷电子相干设备的决定性一步。
2020-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
